DE3786552T2

DE3786552T2 - GASKET BETWEEN THE BLADES OF A TURBO MACHINE ROTOR.

Info

Publication number: DE3786552T2
Application number: DE88900657T
Authority: DE
Inventors: Robert Kalogeros
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1986-12-29
Filing date: 1987-12-21
Publication date: 1993-11-18
Anticipated expiration: 2007-12-22
Also published as: CA1284954C; US4743164A; EP0297120B1; NO883842L; KR890700188A; JPH01501808A; EP0297120A1; NO169861B; KR950006401B1; WO1988005121A1; DE3786552D1; NO883842D0; JP2680651B2; NO169861C; EP0297120A4

Description

FIELD OF INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abdichtung, die zwischen benachbarten Schaufeln in einem Rotor einer Turbomaschine oder dergleichen angeordnet ist.The present invention relates to a seal arranged between adjacent blades in a rotor of a turbomachine or the like.

STATE OF THE ART

Axialströmungsturbomaschinen, wie zum Beispiel ein Gasturbinentriebwerk, haben Rotore mit einer Anzahl von einzelnen Schaufeln, die um den Umfang verteilt sind zur Zusammenwirkung mit einer ringförmig fließenden Strömung eines Arbeitsfluids. Es ist hinreichend bekannt, Abdichtungen längs dem axial verlaufenden Spalt vorzusehen, der zwischen benachbarten Schaufelplattformen in solchen Rotoranordnungen gebildet ist, um eine radial nach innen gerichtete Strömung von Arbeitsfluid durch den Spalt zu verhindern. Solche Zwischenschaufelabdichtungen können zwischen der Rotorscheibenfelge und der Unterseite der Schaufelplattformen in einer zwischen benachbarten Schaufeln gebildeten Kammer angeordnet sein. Diese Kammer, als "Dämpferkammer" bezeichnet, ist üblicherweise geeignet zur Aufnahme eines Trägkeitsschwingungsdämpfers zum Herabsetzen einer unerwünschten Rotorfelgenschwingung. Solche Abdichtungen können aus dünnem Metallblech geformt sein, wie in der US-A-4,505,642 beschrieben (die eine Rotoranordnung für eine Turbomaschine nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruches 1 betrifft) oder sie können einen anderen biegsamen Aufbau haben, wie die US-A- 4,183,720 zeigt.Axial flow turbomachines, such as a gas turbine engine, have rotors with a number of individual blades distributed around the circumference for cooperation with an annular flow of working fluid. It is well known to provide seals along the axially extending gap formed between adjacent blade platforms in such rotor assemblies to prevent radially inward flow of working fluid through the gap. Such inter-blade seals may be located between the rotor disk rim and the underside of the blade platforms in a chamber formed between adjacent blades. This chamber, referred to as a "damper chamber", is usually suitable for housing an inertial vibration damper for reducing undesirable rotor rim vibration. Such seals may be formed from thin sheet metal, as described in US-A-4,505,642 (which relates to a rotor assembly for a turbomachine according to the preamble of independent claim 1) or they may have another flexible structure, as shown in US-A-4,183,720.

Eine kombinierte Abdichtungs- und Schwingungsdämpfereinheit ist in der US-A-4,101,245 beschrieben. Die US-A-4,457,668 zeigt einen rinnenförmigen Dämpfer, der eine radial nach außen fließende Kühlluftströmung in einen axialen Kanal leitet zum Kühlen von Triebwerksbauteilen in der Nähe der gegenüberliegenden Seite der Rotoranordnung.A combined sealing and vibration damper unit is described in US-A-4,101,245. US-A-4,457,668 shows a trough-shaped damper that directs a radially outward flowing cooling air stream into an axial channel for cooling engine components near the opposite side of the rotor assembly.

Die somit in dem Stand der Technik bekannten Abdichtungen sind gut geeignet, um eine Radialeinwärtsströmung des Arbeitsfluids zwischen den Schaufelplattformen hindurch und in die Dämpferkammer hinein zu verhindern. Da das übliche Arbeitsfluid in dem Turbinenabschnitt eines Gasturbinentriebwerks aus verdichteten, heilen Verbrennungsprodukten besteht und da die Dämpferkammer an den Teil der drehenden Turbinenscheibe angrenzt, welcher der höchsten Materialbeanspruchung ausgesetzt ist, sind die Vorteile einer solchen Abdichtung auch gut bekannt und veranlassen die Konstrukteure weiterhin um wirksamere, kostengünstigere und leichter zusammenzubauende Abdichtungsanordnungen zu schaffen.The seals known in the state of the art are well suited to to prevent radial inward flow of the working fluid between the blade platforms and into the damper chamber. Since the usual working fluid in the turbine section of a gas turbine engine consists of compressed, hot combustion products and since the damper chamber is adjacent to the part of the rotating turbine disk which is subject to the highest material stress, the advantages of such sealing are also well known and continue to prompt designers to create more effective, less expensive and easier to assemble sealing arrangements.

Außer einem radialen Druckunterschied über der Schaufelplattform, der bestrebt ist, eine Arbeitsfluidströmung radial zwischen benachbarten Turbinenschaufeln zu der Mittellinie der Turbomaschine hin anzuregen, ist auch üblicherweise ein axialer Druckunterschied vorhanden, der sich aus der aufeinanderfolgenden Verdichtung oder Entspannung des ringförmig strömenden Arbeitsfluids ergibt. Dieser axiale Druckunterschied ist ebenfalls bestrebt, an der Hochdruckseite der Rotoranordnung Arbeitsfluid unter Umgehung der Rotorschaufeln in die Dämpferkammer hineinzudrücken, wodurch, bei einer Turbinenrotoranordnung in einem Gasturbinentriebwerk, die Turbinenscheibenfelge möglicherweise überhitzt und eine vorzeitige Verschlechterung derselben bewirkt wird.In addition to a radial pressure differential across the blade platform, which tends to induce working fluid flow radially between adjacent turbine blades toward the centerline of the turbomachine, there is also typically an axial pressure differential resulting from the sequential compression or expansion of the annularly flowing working fluid. This axial pressure differential also tends to force working fluid on the high pressure side of the rotor assembly into the damper chamber, bypassing the rotor blades, thereby, in a turbine rotor assembly in a gas turbine engine, potentially overheating the turbine disk rim and causing premature deterioration thereof.

Zwischenblattabdichtungen entsprechend dem Stand der Technik, die hauptsächlich ausgelegt sind, um gegen Radialströmung des Arbeitsfluids abzudichten, sind nicht besonders geeignet zur Verhinderung einer Axialströmung desselben, so zum Beispiel erstreckt sich die kombinierte Dämpfer- und Abdichtungsvorrichtung nach der US-A-4,101,245 zwischen einer vorderen und einer hinteren ringförmigen Rotorscheibenseitenplatte, welche die wünschenswerte axiale Sperre gegen eine Strömung in die Dämpferkammer hinein bilden. Die kombinierte Abdichtung- Dämpfervorrichtung nach der US-A-4,101,245 ist konstruktiv stärker und schwerer als die Metallblech- und Banddichtungen nach der US-A-4,101,245 bzw. nach der US-A- 4,183,720, und erzielen somit eine gute axiale Abdichtungskraft gegen die Seitenplatten auf Kosten einer verminderten Anpassungsfähigkeit der kombinierten Bauteiles gegen die unteren Seiten der Schaufelplattformen.Prior art interleaf seals, which are primarily designed to seal against radial flow of the working fluid, are not particularly suitable for preventing axial flow of the same, for example the combined damper and seal device according to US-A-4,101,245 extends between a front and a rear annular rotor disk side plate, which form the desirable axial barrier against flow into the damper chamber. The combined Sealing-damper device according to US-A-4,101,245 is structurally stronger and heavier than the sheet metal and strip seals according to US-A-4,101,245 or US-A- 4,183,720, and thus achieves a good axial sealing force against the side plates at the expense of a reduced conformability of the combined component against the lower sides of the blade platforms.

Demgegenüber passen sich die dünnen und biegsamen Abdichtungen nach der US-A-4,505,642 und US-A- 4,183,720 einfach an, unter der durch die Rotation der Rotoranordnung bedingten Zentrifugalbeschleunigung, liefern jedoch keine ausreichende Starrheit in Axialrichtung zur Anlage an den Rotorseitenplatten, um eine wirksame, positive axiale Abdichtung zu schaffen. Die Abdichtungs-Dämpfervorrichtung nach der US-A-4,457,668, anstatt zu versuchen der Axialgasströmung entgegenzuwirken ist ausgelegt zum Unterstützen und zum Hindurchführen von axial fließender Kühlluft durch die zugeordnete Dämpferkammer.In contrast, the thin and flexible seals of US-A-4,505,642 and US-A-4,183,720 easily conform to the centrifugal acceleration caused by the rotation of the rotor assembly, but do not provide sufficient axial rigidity to engage the rotor side plates to provide an effective, positive axial seal. The seal damper device of US-A-4,457,668, rather than attempting to oppose axial gas flow, is designed to support and direct axially flowing cooling air through the associated damper chamber.

Begehrt ist ein Abdichtungsmittel, welches sowohl die axiale als auch die radiale Abdichtungsfähigkeit in einem leichten, anpassungsfähigen Abdichtungsbauteil kombiniert.What is required is a sealing agent that combines both axial and radial sealing capabilities in a lightweight, adaptable sealing component.

EXPLANATION OF THE INVENTION

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb eine Rotoranordnung für einen Turbomotor zu schaffen, mit einer verbesserten Vorrichtung zum Abdichten des zwischen den Plattformen von zwei benachbarten Schaufeln in einer Rotoranordnung einer Axialströmungsturbomaschine gebildeten Spaltes zur Verhinderung sowohl einer axialen und radialen Strömung von Turbomaschinenarbeitsfluid aus dem Arbeitsfluidströmungsring in eine Dämpferkammer hinein, die radial innerhalb der Schaufelplattformen und in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Schaufeln liegt.The object of the invention is therefore to provide a rotor arrangement for a turbo engine, with an improved device for sealing the gap formed between the platforms of two adjacent blades in a rotor arrangement of an axial flow turbomachine to prevent both axial and radial flow of turbomachine working fluid from the working fluid flow ring into a damper chamber which lies radially within the blade platforms and in the circumferential direction between adjacent blades.

Um dies zu erreichen schafft die Erfindung eine Turbomaschinenrotoranordnung mit einer Dämpferkammer, die zwischen einer ersten und einer zweiten benachbarten Rotorschaufel gebildet ist, die am Rotor befestigt sind zur Rotation mit demselben um eine Drehachse, wobei jede Rotorschaufel versehen ist mit einem radial inneren Wurzelabschnitt zum Eingriff in eine Rotorscheibe, einem radial äußeren Schaufelprofilabschnitt zur betrieblichen Berührung einer ringförmigen, axial fließenden Strömung eines Arbeitsfluides, einem radial dazwischen liegenden Plattformabschnitt, der sich auf jeder Seite der Rotorscheibe axial über dieselbe hinaus und in Umfangsrichtung zu einer entsprechenden Plattform hin erstreckt, welche von einer nächsten, benachbarten Schaufel wegragt zur Bildung eines axial verlaufenden Spaltes dazwischen, wobei die Schaufelplattformabschnitte desweiteren so geformt sind, damit sie, in Zusammenwirkung mit der Rotorscheibe und den benachbarten Schaufelwurzelabschnitten, die Dämpferkammer radial einwärts derselben begrenzen, welche sich über die axiale Tiefe der Rotorscheibe erstreckt und, im axialen Querschnitt, eine im wesentlichen konkave, radial äußere Begrenzung aufweist, welche durch die unteren Seiten der benachbarten Schaufelplattformabschnitte gebildet ist, wobei die Kammer eine innere axiale Kammerabmessung aufweist, die zunimmt mit radial einwärts gerichteter Verlagerung, und einem Abdichtmittel bestehend aus einer Metallblechdichtung, die in der Dämpferkammer angeordnet ist und sich satt gegen die radial äußere Begrenzung derselben anlegt, wobei die Abdichtung sich in Umfangsrichtung über den Spalt erstreckt und die unteren Seiten benachbarter Schaufelplattformabschnitte überlappt, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußere Kammerbegrenzung einen axial mittleren Teil aufweist, das im wesentlichen in einer zum Rotorradius quer verlaufenden Ebene liegt, sowie einen vorderen und einen hinteren schrägen Endteil aufweist, welche sich radial nach innen und axial von dem mittleren Teil weg erstrecken, und wobei jedes schräge vordere und hintere Teil einen Winkel von etwa 15º mit Bezug auf den Rotorradius bildet.To achieve this, the invention provides a turbomachine rotor assembly having a damper chamber disposed between a first and a second adjacent rotor blades secured to the rotor for rotation therewith about an axis of rotation, each rotor blade being provided with a radially inner root portion for engagement with a rotor disk, a radially outer blade profile portion for operatively contacting an annular, axially flowing stream of a working fluid, a radially intermediate platform portion extending axially beyond the rotor disk on each side thereof and circumferentially toward a corresponding platform projecting from a next adjacent blade to form an axially extending gap therebetween, the blade platform portions further being shaped to, in cooperation with the rotor disk and the adjacent blade root portions, define the damper chamber radially inwardly thereof which extends across the axial depth of the rotor disk and, in axial cross-section, has a substantially concave radially outer boundary formed by the lower sides of the adjacent blade platform portions, the chamber having an inner axial chamber dimension which increases with radially inward displacement, and a sealing means comprising a sheet metal gasket which in the damper chamber and fits snugly against the radially outer boundary thereof, the seal extending circumferentially across the gap and overlapping the lower sides of adjacent blade platform sections, characterized in that the radially outer chamber boundary has an axially central portion lying substantially in a plane transverse to the rotor radius, and a front and a rear inclined end portion which extend radially inwardly and axially away from the central portion, and each inclined front and rear portion forming an angle of approximately 15º with respect to the rotor radius.

Die einfache Metallblechabdichtung, unabhängig von irgendeinem in der Dämpferkammer angeordneten Trägheitsschaufeldämpfer paßt sich satt an die radial äußere Begrenzung der Kammer an. Dementsprechend sind die radial äußere Begrenzung der Dämpferkammer und die Abdichtungsvorrichtung zusammenwirkend geformt, um die Abdichtungskraft dazwischen während dem Betrieb der Turbomaschine zu erhöhen.The simple sheet metal seal, independent of any inertia vane damper disposed in the damper chamber, conforms snugly to the radially outer boundary of the chamber. Accordingly, the radially outer boundary of the damper chamber and the sealing device are cooperatively shaped to increase the sealing force therebetween during operation of the turbomachine.

Die äußere Kammerbegrenzung, welche im Axialquerschnitt in ihrer inneren Axialabmessung mit radial nach innen gerichteter Verlagerung zunimmt, nutzt die durch die Rotation des Rotors bewirkte Zentrifugalbeschleunigung aus, um eine Abdichtungskraft über der gesamten Länge des Plattformspaltes zu erzielen.The outer chamber boundary, which increases in its axial cross-section in its inner axial dimension with radially inward displacement, uses the centrifugal acceleration caused by the rotation of the rotor to achieve a sealing force over the entire length of the platform gap.

Diese zunehmende Kammerabmessung bewirkt eine senkrechte Kraftkomponente gegen den Metallblechabdichtungsbauteil, um dieses gegen die entsprechend geformte Plattformunterseite zu drücken und eine axiale Abdichtungswirkung zu erreichen, die bei den Metallblechabdichtungen nach dem Stand der Technik nicht vorhanden ist.This increasing chamber dimension causes a vertical force component against the sheet metal sealing component in order to press it against the correspondingly shaped platform underside and to achieve an axial sealing effect that is not present in the state-of-the-art sheet metal seals.

Bei einem Ausführungsbeispiel wird eine zusammenwirkende Anlage an der vorderen und der hinteren ringförmigen Rotorseitenplatte verstärkt durch Ausrichtung der Enden der Metallblechabdichtung in Axialrichtung an dem vorderen und dem hinteren Ende derselben, um eine satte Anlage an den radial verlaufenden Abdichtungsflächen der Seitenplatten der Rotoranordnung zu erreichen.In one embodiment, cooperative engagement with the forward and aft annular rotor side plates is enhanced by axially aligning the ends of the sheet metal seal at the forward and aft ends thereof to achieve snug engagement with the radially extending sealing surfaces of the side plates of the rotor assembly.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind in Umfangsrichtung verlaufende an der Abdichtung angeformte Arme in zugeordneten in Umfangsrichtung offenen Schlitzen aufgenommen, welche in den benachbarten Schaufeln gebildet sind, um die Metallblechabdichtung beim Zusammenbauen der Rotoranordnung zu positionieren und festzuhalten.In another embodiment, circumferentially extending arms molded onto the seal are received in associated circumferentially open slots formed in the adjacent blades to position and retain the sheet metal seal during assembly of the rotor assembly.

Diese und andere Merkmale und Vorteile der Rotoranordnung werden dem Fachmanne verständlich sein nach Durchsicht der folgenden Beschreibung und der anhängenden Ansprüche und Zeichnungsfiguren.These and other features and advantages of the rotor arrangement will be understood by those skilled in the art after Review of the following description and the appended claims and drawing figures.

BRIEF EXPLANATIONS OF THE DRAWINGS

Die Fig. 1 zeigt im radialen Querschnitt den Umfang einer Rotorscheibe mit zwei benachbarten Schaufeln und einer dazwischen durch dieselben begrenzten Dämpferkammer.Fig. 1 shows in radial cross-section the circumference of a rotor disk with two adjacent blades and a damper chamber delimited by them between them.

Die Fig. 2 zeigt in axialem Querschnitt die Dämpferkammer und die Rotorscheibe nach Fig. 1.Fig. 2 shows an axial cross-section of the damper chamber and the rotor disk according to Fig. 1.

DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT

Die Fig. 1 zeigt einen Querschnitt senkrecht zur Mittellinie einer Rotoranordnung 10 eines Gasturbinentriebwerkes. Die Rotoranordnung 10 hat eine Scheibe 12 mit mehreren axial verlaufenden Schlitzen 14 am Außenumfang desselben zur Aufnahme von mehreren einzelnen Rotorschaufeln 16, 18.Fig. 1 shows a cross section perpendicular to the center line of a rotor assembly 10 of a gas turbine engine. The rotor assembly 10 has a disk 12 with several axially extending slots 14 on the outer circumference thereof for receiving several individual rotor blades 16, 18.

Die Rotorschaufeln 16, 18 haben Wurzelabschnitte 20, 22, die in den Schlitzen 14 am Scheibenumfang aufgenommen sind, Schaufelprofilabschnitte 24, 26, die sich radial durch den Arbeitsfluidströmungsring 28 erstrecken, und dazwischen liegende Plattformabschnitte 30, 32, die sich in Umfangsrichtung und axial erstrecken, um, zum Teil, die innere Ringwand des Strömungsringes 28 zu bilden.The rotor blades 16, 18 have root sections 20, 22 received in the slots 14 on the disk circumference, blade profile sections 24, 26 extending radially through the working fluid flow ring 28, and intermediate platform sections 30, 32 extending circumferentially and axially to form, in part, the inner annular wall of the flow ring 28.

Die Plattformen 30, 32 der benachbarten Rotorschaufeln 16, 18 liegen eng nebeneinander und bilden einen im wesentlichen axial verlaufenden Spalt 34 dazwischen. Radial innerhalb der Schaufelplattformen 30, 32 und zwischen den benachbarten Schaufeln 16, 18 befindet sich auch eine Dämpferkammer 36, in der üblicherweise ein Trägheitsschwingungsdämpfer 38 angeordnet ist, der durch einstückig an den Schaufeln angeformte Vorsprünge 40 positioniert ist, welche sich in Umfangsrichtung von den Schaufeln 16, 18 erstrecken.The platforms 30, 32 of the adjacent rotor blades 16, 18 are located closely next to one another and form a substantially axially extending gap 34 therebetween. Radially inside the blade platforms 30, 32 and between the adjacent blades 16, 18 there is also a damper chamber 36 in which an inertial vibration damper 38 is usually arranged, which is positioned by projections 40 which are integrally formed on the blades and extend circumferentially from the blades 16, 18.

Wie oben erwähnt, besteht das in dem Ring 28 strömende Arbeitsfluid in den Turbinenabschnitten eines Gasturbinentriebwerkes üblicherweise aus heißen Verbrennungsprodukten, die von dem Felgenumfang isoliert werden müssen, um eine Überhitzung dieses hochbelasteten Bauteiles zu verhindern. Da sowohl die radiale als auch die axiale Druckverteilung des Arbeitsfluids über der Rotoranordnung 10 die Strömung in die Dämpferkammer 36 hinein anregen, ist die axiale und radiale Abdichtung zwischen den benachbarten Rotorschaufeln 16, 18 besonders wichtig zur Herabsetzung der Wartungshäufigkeit und der Wartungszeit des Triebwerkes. Eine kleinere Leckströmung zwischen aufeinander folgenden Turbinenstufen bewirkt desweiteren einen höheren Triebwerkswirkungsgrad und einen verbesserten Gesamtleistungsgrad.As mentioned above, the working fluid flowing in the ring 28 in the turbine sections of a Gas turbine engine combustion typically consists of hot combustion products that must be isolated from the rim periphery to prevent overheating of this highly stressed component. Since both the radial and axial pressure distribution of the working fluid over the rotor assembly 10 stimulates flow into the damper chamber 36, the axial and radial sealing between the adjacent rotor blades 16, 18 is particularly important for reducing the frequency and time of engine maintenance. A smaller leakage flow between successive turbine stages also results in higher engine efficiency and improved overall performance.

Entsprechend der Erfindung ist eine Metallblechabdichtung 42 gestaltet zur satten Anlage gegen die unteren Seiten 44, 46 der zugeordneten Schaufelplattformen 30, 32. Die Abdichtung 42 erstreckt sich axial zwischen der vorderen Seite und der hinteren Seite der Rotorscheibe 12 und in Umfangsrichtung über den durch die Plattform 30, 32 gebildeten Spalt 34.According to the invention, a sheet metal seal 42 is designed to fit snugly against the lower sides 44, 46 of the associated blade platforms 30, 32. The seal 42 extends axially between the front side and the rear side of the rotor disk 12 and circumferentially across the gap 34 formed by the platform 30, 32.

Die Fig. 2 zeigt einen Axialquerschnitt der in Fig. 1 dargestellten Scheibe 12, sowie die axial benachbarte Rotoranordnung 41, welche die Scheibe 50, die Schaufeln 52 und die Metallblechabdichtungen 54 umfaßt. Die Rotoranordnung 10 nach Fig. 2 zeigt die Metallblechabdichtung 42, welche satt an der unteren Seite 46 der zugeordneten Schaufelplattform 42 anliegt, und somit eine gasdichte radial äußere Begrenzung der Dämpferkammer 36 bildet. Die untere Seite 46 der Abdichtung 42 hat eine sich radial nach innen öffnende konkave Form, bei Betrachtung der axialen Querschnittdarstellung nach Fig. 2, wobei die axiale Abmessung derselben mit abnehmendem Radius zunimmt.Fig. 2 shows an axial cross section of the disk 12 shown in Fig. 1, as well as the axially adjacent rotor arrangement 41, which includes the disk 50, the blades 52 and the sheet metal seals 54. The rotor arrangement 10 according to Fig. 2 shows the sheet metal seal 42, which lies snugly against the lower side 46 of the associated blade platform 42, and thus forms a gas-tight radially outer boundary of the damper chamber 36. The lower side 46 of the seal 42 has a concave shape that opens radially inwards, when viewed in the axial cross-section according to Fig. 2, the axial dimension of the same increasing with decreasing radius.

Es ist dem Fachmann verständlich, daß die Abdichtung 42 und die entsprechend geformten Plattformunterseiten 44, 46 zusammenwirken zur Erzielung einer gasdichten Abdichtung dazwischen sowohl in Radialals auch in Axialrichtung während der Rotation der Rotoranordnung 10 mit hoher Drehzahl. Die radial nach außen gerichtete durch die Rotation der Anordnung 10 bewirkte Beschleunigung drückt die Metallblechabdichtung 42 dicht gegen die Plattformunterseiten 44, 46 zur Anpassung der Abdichtung 42 an dieselben und zur Erzielung einer Sperre gegen das Hochdruckarbeitsfluid.It will be understood by those skilled in the art that the seal 42 and the correspondingly shaped platform bottoms 44, 46 cooperate to achieve a gas-tight seal therebetween in both radial and also in the axial direction during high speed rotation of the rotor assembly 10. The radially outward acceleration caused by the rotation of the assembly 10 presses the sheet metal seal 42 tightly against the platform bottoms 44, 46 to conform the seal 42 thereto and to provide a barrier against the high pressure working fluid.

Die Fig. 2 zeigt auch das Merkmal der axialen Sperre durch die Abdichtung 42 entsprechend der Erfindung. Sowohl die Abdichtung 42 als auch die Plattformunterseiten 44, 46 haben axial beabstandete schräge Teile 57, 58 und ein mittleres Teil 59, das im wesentlichen quer zu dem Rotorradius 60 ausgerichtet ist. Die schrägen Teile 56, 58 und das mittlere Teil 59 bilden zusammen die sich radial einwärts öffnende konkave äußere Kammerbegrenzung, wie oben beschrieben.Figure 2 also shows the axial locking feature of the seal 42 according to the invention. Both the seal 42 and the platform bottoms 44, 46 have axially spaced tapered portions 57, 58 and a central portion 59 oriented substantially transverse to the rotor radius 60. The tapered portions 56, 58 and the central portion 59 together form the radially inwardly opening concave outer chamber boundary as described above.

Infolge der schrägen Abdichtungsteile 56, 58 kann die durch die Rotation der Anordnung bewirkte nach außen gerichtete Kraft in eine senkrecht gerichtete Komponente zerlegt werden, welche die schrägen Teile 56, 58 gegen die entsprechenden Plattformflächen anpreßt. Obschon der erforderliche Neigungsgrad zur Erzielung der gewünschten Abdichtungskraft für verschiedene Rotoranordnungen unterschiedlich sein kann, wegen dem unterschiedlichen Druck des Arbeitsfluids, dem Radius der Abdichtung 42, der Winkelgeschwindigkeit der Rotoranordnung 10 usw., wurde festgestellt, daß ein Winkel von etwa 150 zwischen den schrägen Abdichtungsteilen 56, 58 und dem Scheibenradius 60 ein effektiver Konstruktionsparameter für eine typische Gasturbinenanwendung darstellt.Due to the inclined sealing members 56, 58, the outward force caused by the rotation of the assembly can be broken down into a vertically directed component which presses the inclined members 56, 58 against the corresponding platform surfaces. Although the degree of inclination required to achieve the desired sealing force may vary for different rotor assemblies due to the different working fluid pressure, the radius of the seal 42, the angular velocity of the rotor assembly 10, etc., it has been found that an angle of about 150 between the inclined sealing members 56, 58 and the disk radius 60 is an effective design parameter for a typical gas turbine application.

Die Fig. 2 zeigt auch ein weiteres Merkmal der Abdichtung 42, das die Abdichtung zwischen der vorderen und der hinteren Rotorscheibenseitenplatte 62, 64 verbessert. Die ringförmigen Seitenplatten 62, 64 liegen an entsprechenden radial einwärts gerichteten Abstützteilen 66, 68 an, um die Schaufel 18 axial in dem zugeordneten Scheibenschlitz 14 zurückzuhalten. Die Abstützteile 66, 68 und die zugeordneten Abdichtungsendteile 56, 58 sind gestaltet, um sich in Axialrichtung zu erstrecken, damit das vordere und das hintere Ende 70, 72 der Metallblechabdichtung 42 in senkrechte Anlage mit den entsprechenden ringförmigen Rotorseitenplatten 62, 64 kommt. Diese senkrechte Ausrichtung der Abdichtungsenden gewährleistet, daß die Metallblechabdichtung 42 sich satt gegen die Seitenplatten 62, 64 anliegt und somit eine wirksame und einfache Abdichtungsschnittstelle bereitstellt.Fig. 2 also shows another feature of the seal 42 which improves the seal between the front and rear rotor disk side plates 62, 64. The annular side plates 62, 64 abut against respective radially inwardly directed support members 66, 68 to axially support the blade 18 in the associated disk slot 14. The support members 66, 68 and associated seal end members 56, 58 are designed to extend axially to bring the front and rear ends 70, 72 of the sheet metal seal 42 into perpendicular engagement with the corresponding annular rotor side plates 62, 64. This perpendicular alignment of the seal ends ensures that the sheet metal seal 42 fits snugly against the side plates 62, 64, thus providing an effective and simple sealing interface.

Ein letztes Merkmal der Abdichtungsvorrichtung ist in Fig. 1 dargestellt, wonach ein in Umfangsrichtung verlaufender Arm 74 eingefaßt ist zwischen einem entsprechenden in Umfangsrichtung verlaufenden Ansatz 76 zum Positionieren und Halten der Metallblechabdichtung 42 während dem Zusammenbau der Rotorscheibe 12 und der Schaufeln 16, 18. Die Abdichtung 42 wird in die Nut gedrückt, welche durch den Ansatz 76 und die Unterseite 46 der entsprechenden Schaufelplattform 32 gebildet ist. Dadurch wird der gekrümmte Arm 74 zusammengedrückt und hält die Abdichtung 42 in der geeigneten Lage fest beim Einschieben der Schaufeln 16, 18 in die Scheibe 12.A final feature of the sealing device is shown in Fig. 1, wherein a circumferentially extending arm 74 is sandwiched between a corresponding circumferentially extending boss 76 for positioning and holding the sheet metal seal 42 during assembly of the rotor disk 12 and the blades 16, 18. The seal 42 is pressed into the groove formed by the boss 76 and the bottom surface 46 of the corresponding blade platform 32. This compresses the curved arm 74 and holds the seal 42 in the appropriate position during insertion of the blades 16, 18 into the disk 12.

Die Abdichtung 42 liefert dementsprechend eine leichte, einfach einzubauende und wirksame Dichtungssperre sowohl gegen eine axiale und eine radiale Strömung des Arbeitsfluids in die Dämpferkammer 36.The seal 42 accordingly provides a lightweight, easy to install and effective sealing barrier against both axial and radial flow of the working fluid into the damper chamber 36.

Claims

1. A turbomachine rotor assembly comprising a damper chamber (36) defined between first and second adjacent rotor blades (16, 18) secured to the rotor for rotation therewith about an axis of rotation, each rotor blade (16, 18) being provided with a radially inner root portion (20, 22) for engaging a rotor disk (12), a radially outer blade profile portion (24, 26) for operatively contacting an annular, axially flowing stream of a working fluid, a radially intermediate platform portion (30, 32) extending axially beyond the rotor disk (12) on each side thereof and circumferentially toward a corresponding platform (30, 32) projecting from a next adjacent blade (16, 18) to form an axially extending gap (34) therebetween, the blade platform portions (30, 32) further being shaped so that, in cooperation with the rotor disk (12) and the adjacent blade root sections (20, 22), defining the damper chamber (36) radially inwardly thereof, which extends over the axial depth of the rotor disk (12) and, in axial cross-section, has a substantially concave, radially outer boundary formed by the lower sides of the adjacent blade platform sections (30, 32), the chamber (36) having an inner axial chamber dimension which increases with radially inward displacement, and a sealing means consisting of a sheet metal seal (42) which is arranged in the damper chamber (36) and which fits snugly against the radially outer boundary thereof, the seal (42) extending circumferentially over the gap (34) and overlapping the lower sides (44, 46) of adjacent blade platform sections (30, 32), thereby characterized in that the radially outer chamber boundary has an axially central portion (59) lying substantially in a plane transverse to the rotor radius (60), and a front and a rear inclined end portion (56, 58) extending radially inwardly and axially away from the central portion (56), each inclined front and rear portion (56, 58) forming an angle of approximately 15º with respect to the rotor radius (60).

2. Turbomachine rotor assembly for a turbomachine according to claim 1, characterized by an inertial vibration damper (38) which is accommodated in the damper chamber (36) and is separated from the sheet metal seal (43).

3. A turbomachine rotor assembly for a turbomachine according to claim 1 or 2, characterized by side plates (62, 64) abutting radially inwardly directed support members (66, 68) of the platform sections (30, 32) for axially retaining the blades (16, 18) in a rotor disk slot (14), the inner surfaces of the support members (66, 68) and the axial ends of the seal (42) being shaped to extend axially to bring the ends of the seal into perpendicular contact with the side plates (62, 64).

4. A turbomachine rotor assembly for a turbomachine according to any one of claims 1 to 3, characterized by a circumferentially extending arm (74) molded integrally with the sheet metal seal (42), the arm (74) being disposed in a corresponding circumferentially extending groove formed in one of the adjacent blades (16, 18) for holding the sheet metal seal (42) proximate the platform bottom (46) of said one blade (16), at least during initial engagement of said one blade (16) and the disk (12).